CN114929422A - 在没有有害金属间化合物的情况下接合异种金属的方法 - Google Patents
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Abstract
一种接合由异种金属制成的第一组件和第二组件的方法。在一些实施方案中，该方法包括在第一组件与第二组件之间施用摩擦力，该摩擦力足以在第一组件与第二组件之间的异种金属界面处生成准液态金属层和在准液态金属内产生剪切局部化；以及在生成准液态金属之后的预定时间终止摩擦力的施用。在一些实施方案中，该方法包括在异种金属界面处、在第一组件与第二组件的至少一部分之间施用无定形金属；将无定形金属加热到其玻璃化转变温度(Tg)与所包括的组件的最低熔化温度之间的温度；以及施用压缩压力以产生无定形金属的热塑性变形。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年12月18日提交的美国实用专利申请第17/126987号的优先权，并要求于2020年1月2日提交的美国临时申请第62/956,368号的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文中。
技术领域
本公开涉及接合(joining)异种金属(dissimilar metals)，并且更具体地涉及使用准液态金属(quasi-liquid metal)来接合异种金属。
背景技术和发明内容
本部分提供与本公开有关的背景信息，这些信息不一定是现有技术。本部分提供了本公开的总体概述而不是其全部范围或所有特征的全面公开。
通过基于熔融的方法(例如，电弧或高能束)或固态方法(例如，超声焊接、常规摩擦焊接和常规摩擦搅拌焊接)在接合界面处引入脆性金属间化合物，从而直接结合不相容的异种金属(例如，Al/Fe、Ti/Fe、Mg/Fe等)，使所得到的焊缝不适合作为安全关键的工程结构。传统的方法集中于通过降低处理峰值温度和/或增加制造过程中的冷却速率来影响相变动力学和扩散的冶金学。不幸的是，这些方法只会导致接合界面处金属间化合物的尺寸逐渐减小。问题仍未解决。
根据本教导的原理，提供了接合由异种金属制成的第一组件和第二组件的方法。在一些实施方案中，该方法包括在第一组件与第二组件之间施用快速摩擦力(rapidfriction)，该快速摩擦力足以在第一组件与第二组件之间的界面处产生准液态金属层和剪切局部化，并且在生成准液态金属和剪切局部化之后的预定时间终止快速摩擦力的施用。在一些实施方案中，接合第一组件和第二组件的方法包括在第一组件与第二组件之间施用无定形金属，将无定形金属加热到高于其玻璃化转变温度(Tg)并低于所包括的组件的最低熔化温度的温度，以将无定形金属转变为准液态金属，并施用压缩压力(compressionpressure)以使准液态金属变形。根据本公开的方法能够以新型的、划算的方法制造更强的异种金属结构，从而使有害的金属间化合物的存在最小化。
根据本文中提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。该发明内容中的描述和具体实施例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本公开的范围。
附图说明
本文中描述的附图仅用于所选实施方案的说明性目的，而不是所有可能的实现方式，并且不旨在限制本公开的范围。
图1A和图1B是示出了根据本教导的原理在滑动期间在快速滑动(摩擦)条件下形成准液态金属的分子动力学(molecular dynamic，MD)模拟；图1A示出了第一次的原子位置，且图1B示出了3ps期内的原子位移。
图2是示出了根据本教导的原理的钢(Fe)与铝合金(Al)之间的界面层或接合界面的高分辨率透射电子显微镜观察结果。
图3是示出了跨Al-Fe接头界面的原子化学沉积的、由原子探针断层摄影术提供的三维(three-dimensional，3D)空间图像和沿线A-A截取的组成图。
图4是通过第一组件与第二组件之间的高速摩擦力、沿异种金属界面原位生成准液态金属的截面示意图。
图5是用于通过将旋转工具插入穿过第一组件来在双金属界面处生成局部活化的快速摩擦力、以在异种金属界面处原位生成准液态金属、从而产生搭接接头的系统的截面示意图。
图6是用于通过将旋转工具插入穿过第一组件来在双金属界面处生成局部活化的快速摩擦力、以在异种金属界面处原位生成准液态金属、从而产生对接接头的系统的截面示意图。
图7是用于通过将旋转工具插入穿过第一组件来在双金属界面处生成局部活化的快速摩擦力、以在异种金属界面处原位生成准液态金属、从而产生斜接接头(beveledjoints)的系统的截面示意图。
图8是示出了在焊接之前在第一组件下方的第二组件上产生的浅槽的系统的截面示意图。
图9是示出了使用从探针部的底部延伸的一个或多个定位支柱来保持探针部与结合线(bonding line)之间的距离的系统的截面示意图。
图10是示出了肩部和探针部可以单独操作的系统的截面示意图。
图11是示出了接合三个组件的系统的截面示意图。
图12示出了探针部的各种截面形状(包括圆形、多边形或不规则形状)；以及在探针表面上添加的表面特征以增加探针部的表面粗糙度。
图13是示出了具有一个或多个环形定位支柱的系统的截面示意图。
图14是示出了具有用于斜切密合面(beveled faying surface)的一个或多个环形定位支柱的系统的截面示意图。
图15是示出了具有一个或多个环形定位支柱和三个组件的系统的截面示意图。
图16是示出了具有用于约束材料流动的双肩部的系统的截面示意图。
图17是示出了通过施用的外部无定形金属产生点接合结合(spot jointbinding)的系统的截面示意图。
图18是通过引入外部无定形金属和集成外部工具来制造的线性搭接接头。
图19是通过引入外部无定形金属来制造的线性对接接头。
图20是通过引入外部无定形金属和单独加热、以及压缩工具来制造的线性搭接接头。
贯穿说明书附图的若干视图，相应的附图标记指代相应的部件。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述实施例实施方案。
提供了实施例实施方案，将使得本公开为彻底的，并且将范围充分地传递给本领域技术人员。阐述了许多具体细节(诸如，具体组件、设备和方法的实施例)，以提供对本公开的实施方案的透彻理解。对于本领域技术人员将是显而易见的是，不需要采用具体细节，实施例实施方案可以以许多不同的形式来体现，且具体细节不应被理解为限制本公开的范围。在一些实施例实施方案中，并未详细描述公知的过程、公知的设备结构和公知的技术。
本文中使用的术语仅为了描述特定实施例实施方案的目的，且不旨在是限制性的。如本文中所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”可以旨在包括复数形式。术语“包含(comprises，comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”是包含性的，因此特指所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。除非明确地标识为执行顺序，否则本文描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须以所讨论或图示的特定顺序来执行。还应理解的是，可以采用附加或替代步骤。
当元件或层被称为“在另一元件或层上”、“啮合至另一元件或层”、“连接至另一元件或层”或“耦接至另一元件或层”时，该元件或层可以直接在另一元件或层上、直接啮合另一元件或层、直接连接另一元件或层或直接耦接至另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一元件或层上”，“直接啮合至另一元件或层”、“直接连接至另一元件或层”或“直接耦接至另一元件或层”时，则可能没有中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应类似解释(例如，“在...之间”相对于“直接在...之间”，“邻近”相对于“直接邻近”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关的所列项目中的一个或多个的任意组合和所有组合。
尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可以在本文中被用于描述不同元件、组件、区域、层和/或区段，但是除非另有说明，否则这些元件、组件、区域、层和/或区段不应被这些术语限制。这些术语可以仅用将一个元件、组件、区域、层和/或区段与另一区域、层和/或区段区分开来。在本文中使用时，除非上下文明确指出，否则诸如“第一”、“第二”和其他数值项的术语并不暗指顺序或次序。因此，在不背离实施例实施方案的教导的情况下，下面讨论的第一元件、第一组件、第一区域、第一层或第一区段可以被称为第二元件、第二组件、第二区域、第二层或第二区段。
为了便于描述，空间相对术语(例如“内部”、“外部”、“之下”、“下面”、“下方”、“之上”和“上面”等)可以在本文中用于描述附图中所示的一个元件或特征与另一个(另一些)元件或特征的关系。空间相对术语可以旨在涵盖除了附图中描述的取向之外的设备在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的设备被翻转，则描述为在其他元件或特征“下方(below)”或“之下(beneath)”的元件将随后被定向为在其他元件或特征“上方(above)”。因此，实施例术语“下方(below)”可以涵盖上方和下方的取向。设备可以以其他方式定向(旋转90度或以其他取向定向)，并且在本文中使用的空间相对描述词相应地进行解释。
根据本公开的教导，如图1-20所示，公开了具有新颖的异种金属界面微观结构控制方法的用于至少接合第一组件10和第二组件12的方法和系统。应当理解的是，如本文中示出的(参见图11和图15)，本教导同样用于接合多于两个的组件(诸如，第一组件10、第二组件12和第三组件13)。
在一些实施方案中，第一组件10由相对于第二组件12的金属的异种金属制成。以这种方式，准液态金属16和准液态金属16内的剪切局部化可以产生和维持在异种金属界面14处，该异种金属界面设置在第一组件10与第二组件12之间。在一些实施方案中，这种准液态金属16可以通过第一组件10与第二组件12之间的快速摩擦力而产生。本文中的准液态金属可以定义为在低于金属熔点的温度下呈液态样的金属。准液态金属具有比麦尔登液态金属(melton liquid metal)更高的粘度。
特别参考图1A和图1B，提供分子动力学(MD)模拟来示出根据本教导的原理在快速滑动(摩擦)条件下准液态金属16的形成。图1A示出了第一组件10(例如，由铝合金(Al)制成)与第二组件12(例如，由钢(Fe)制成)沿着异种金属界面14物理接触。在第一组件10与第二部件12之间施用的快速摩擦滑动足以在第一组件10与第二组件12之间、在异种金属界面14处生成准液态金属16的层和剪切局部化，如图1A所示。
根据本教导，准液态金属16的形成和准液态金属16内的剪切局部化促进了异种金属界面14处的合金无定形化。已经在双金属样品上成功且重复地产生了异种金属界面14处的纳米级无定形层18。如图2所示，在一些实施方案中，第一组件10和第二组件12之间的过渡区不是金属间化合物，而是具有平均厚度为约10纳米的纳米级无定形金属或层18。
如图3所示，详细的原子探针断层摄影术(atomic probe tomography，ATP)检查揭示了纳米级无定形层18确实形成并且具有对应于“金属玻璃形成剂”组合物的组成。这种金属玻璃态组合物典型地只能通过在105至106℃/s范围内的快速凝固达到。然而，根据本教导的原理，我们已经发现，通过实验性的接合测试，本教导可以在小于102℃/s的冷却速率下达到期望的组成。这种差异是由在通过本教导的方法产生的异种金属界面14处形成准液态金属16而引起的。
上述发现导致了两类新颖的异种制造工艺，该工艺可以用于生产更强的异种金属结构：
1)通过在超出阈值剪切应变速率的准液态金属16内的快速摩擦引起的剪切局部化来在异种金属界面14处原位生成准液态金属16；以及
2)通过添加在升高温度下具有良好热塑性成形性的金属玻璃而施用准液态金属16。
首先，如所指出的，在一些实施方案中，在一定的接触压力和相对速度条件下，通过由异种金属制成的第一组件10与第二组件12之间的快速摩擦，可以获得原位产生的准液态金属16，从而引起剪切应变率高于阈值剪切应变率。准液态金属16内的阈值剪切应变率估计为1x104 s-1或高于1x104 s-1。在异种金属界面14处形成足够的准液态金属16之后、且在准液态金属16内发生结晶之前，需要终止快速摩擦力，并且需要将处理温度降低至低于准液态金属16的结晶温度的温度。在一些实施方案中，在异种金属界面14处形成足够的准液态金属16之后、且在准液态金属16内发生大量结晶之前，需要终止快速摩擦力，并且需要将处理温度降低至低于准液态金属16的结晶温度的温度。在一些实施方案中，发生大量结晶意味着80％的准液态金属已经结晶。
其次，如所指出的，在一些实施方案中，可以通过根据以下步骤添加金属玻璃(该金属玻璃的玻璃化转变温度(Tg)低于待焊接金属的最低熔点的90％)来施用准液态金属16：(1)将金属玻璃定位在异种金属界面14处；(2)将金属玻璃加热到高于转变Tg但低于所包括的金属的最低熔点的温度；(3)施用压缩压力以产生热塑性变形；以及(4)在发生结晶之前，将焊接温度降低至低于准液态金属16的结晶温度。在一些实施方案中，在发生大量结晶之前，焊接温度需要降低至低于准液态金属16的结晶温度。在一些实施方案中，发生大量结晶意味着80％的准液态金属已经结晶。
如图4所示，在一些实施方案中，原位生成准液态金属16可以通过施用快速摩擦力、通过施用压力P以及在第一组件10与第二组件12之间的相对运动来实现。第一组件10与第二组件12之间的快速摩擦力需要足以在异种金属界面14处的准液态金属16内产生界面预熔化(即，形成准液态金属16的薄层)和剪切局部化。在一些实施方案中，在异种金属界面14处形成足够的准液态金属16之后、且在准液态金属16内发生结晶之前，需要终止快速摩擦力，并且需要将处理温度降低至低于准液态金属16的结晶温度的温度。
在一些实施方案中，在异种金属界面14处、比100nm更厚的准液态金属16是足够的。在一些实施方案中，在异种金属界面14处、比10nm更厚的准液态金属16是足够的。
在一些实施方案中，一旦形成足够的准液态金属16，第一组件10与第二组件12之间的相对运动需要在1-3秒内终止。在一些实施方案中，一旦形成足够的准液态金属16，第一组件10与第二组件12之间的相对运动需要在3-5秒内终止。
在一些实施方案中，第一组件10和第二组件12各自具有表面20——一个组件(a)的表面20a配置为结合至另一个组件(b)的表面20b。以这样的方式，第一组件10和第二组件12中的每一个的一个或多个表面20将被称为密合面20，该一个或多个表面被配置为接合、焊接或组装。第一组件10和第二组件12的密合面20的接合、焊接或组装沿着异种金属界面14进行。
在一些实施方案中，为了提高结合的质量，第一组件10和第二组件12的密合面20上的污染物应在接合、焊接或组装之前去除。在一些实施方案中，可以通过磨削去除表面污染物。在一些实施方案中，可以通过有机溶剂去除表面污染物。在一些实施方案中，密合面20上的表面氧化可以在焊接或组装处理之前被去除或减小至小于2nm的厚度。在一些实施方案中，密合面20可以是平坦的。在一些实施方案中，如图8所示，密合面20可以是凹的以形成浅槽，从而增强异种材料界面14处的快速摩擦力。在一些实施方案中，第一组件10的密合面20的形状可以与第二组件12的密合面互补。在一些实施方案中，第一组件10的密合面20的形状可以与第二组件12的密合面不同。
在一些实施方案中，较硬的组件(即，第一组件10或第二组件12)的密合面20可以具有和/或平整至Ra<0.025μm的粗糙度。在一些实施方案中，较硬的组件的密合面20可以具有和/或平整至Ra<0.1μm的粗糙度。在一些实施方案中，较硬的组件的密合面20可以具有和/或平整至Ra<1μm的粗糙度。在一些实施方案中，较硬的组件的密合面20可以具有和/或平整至Ra<5μm的粗糙度。
参照图5-图7，在一些实施方案中，在异种金属界面14处原位产生的准液态金属16可以通过将旋转工具110插入穿过第一组件10和第二组件12中的至少一个、以在异种金属界面14处产生局部活化的快速摩擦力来实现。在一些实施方案中，旋转工具110可以包括如本文所描述的多种截面形状中的任何一种。在一些实施方案中，旋转工具110可以包括一个或多个肩部112和一个或多个从肩部112延伸的探针构件114。在一些实施方案中，如图16所示，旋转工具110包括两个肩部112。探针构件114的至少一部分物理接触第一组件10和第二组件12中的至少一个以在异种金属界面14处产生快速摩擦力。
在一些实施方案中，如图10和图16所示，肩部112和探针部114可以独立地旋转和/或在轴向方向上独立地移动。在一些实施方案中，肩部112和探针部114可以独立地旋转。在一些实施方案中，仅探针构件114旋转。
在一些实施方案中，探针构件114具有至少一个侧表面116和至少一个远端表面118。在一些实施方案中，至少一个远端表面110可以是凹的、凸的或平坦的，或它们的各种组合。在一些实施方案中，如图12所示，探针构件114的截面形状可以是圆形、多边形或不规则形。
在一些实施方案中，可以增加表面粗糙度的表面特征可以被添加至旋转工具110(诸如，探针构件114)、以增强围绕旋转工具构件110的材料的旋转流动，从而增强异种金属之间的局部活化的快速摩擦力。在一些实施方案中，探针构件114可以促进围绕探针构件114的准液态金属的旋转，并且肩部112(与探针构件114相比直径更大)可以充当肩部或屏障以抑制或防止准液态金属流出处理区域。
在一些实施方案中，如图9-图11所示，旋转工具110可以包括从探针构件114的远端表面118、从侧表面116或它们的组合延伸的定位支柱(positioning prop)120。在一些实施方案中，旋转工具110可以包括从探针构件114的侧表面116延伸的定位支柱120。在一些实施方案中，旋转工具110可以包括从探针构件114的远端表面118延伸的定位支柱120。在一些实施方案中，定位支柱120位于探针构件114的远端表面118的中心处。在一些实施方案中，定位支柱120从探针构件114的远端表面118的中心偏离。在一些实施方案中，使用多个定位支柱120。
在一些实施方案中，如图13所示，定位支柱120可以包括从探针构件114的侧表面116延伸的一个或多个环样形状的构件。在一些实施方案中，定位支柱120完全围绕探针构件114延伸。在一些实施方案中，定位支柱120仅围绕探针构件114的一部分延伸。在一些实施方案中，定位支柱120在轴向方向上位于探针构件114的中心处。在一些实施方案中，定位支柱120可以用以产生对接接头。在一些实施方案中，可以使用多个环作为定位支柱120。在一些实施方案中，定位支柱120的端表面是平坦的。
在一些实施方案中，定位支柱120被配置为提供与异种金属界面14的间隔距离(standoff distance)。例如，在一些实施方案中，如图9-图11所示，旋转工具110的探针构件114可以与异种金属界面14间隔开间隔距离，h。虽然这个间隔距离h可以以多种方式实现(如本文所示和描述的)，一个或多个定位支柱120可以从远端表面118延伸、且具有等于间隔距离h的长度，使得定位支柱120可以接触第二组件12的密合面20、以确保旋转工具110的探针构件114的正确定位。在一些实施方案中，无论是否与定位支柱120有关，间隔距离h(以及由此得到的定位支柱120的长度)可以是约0.05至1mm。在一些实施方案中，定位支柱120的远端表面的表面积可以是探针构件114的远端表面118的表面积的约60％。
在一些实施方案中，定位支柱120可以紧密接触第二组件12的密合面20。在一些实施方案中，定位支柱120可以略微穿透第二组件12的密合面20。在一些实施方案中，定位支柱120与密合面20之间的相对定位通过监测和控制施用在定位支柱120上的反作用力来控制的。
在一些实施方案中，如图14所示，定位支柱120的端表面平行于密合面20。在一些实施方案中，定位支柱120的端表面是规则形状。在一些实施方案中，定位支柱120的端表面是不规则形状。在一些实施方案中，定位支柱120的端表面是尖的。
在一些实施方案中，探针构件114的定位支柱120和探针构件114由相同的材料制成。在一些实施方案中，探针构件114的定位支柱120和探针构件114由不同的材料制成。在一些实施方案中，与探针构件114相比，探针构件114的定位支柱120由更硬且更耐磨的材料制成。
在一些实施方案中，旋转工具110可以插入穿过与其他组件(12、10)相比具有相对较低熔点的组件(10、12)。在一些实施方案中，旋转工具110沿焊接方向行进以产生长对接或搭接接头。
在一些实施方案中，通过添加金属玻璃130(也称为无定形金属)的界面无定形化可以用以产生点接合132(图17)。可以插入无定形金属，然后通过摩擦力能、感应能或其它加热源而加热至高于其玻璃化转变温度(Tg)且低于所包括的所有组件的最低熔点的温度。一旦将无定形金属加热至目标温度，金属玻璃就作为高粘性液态金属存在并增加其流动性。可以施用压缩压力以使高粘性准液态金属16变形。
在一些实施方案中，在准液态金属16内发生大量结晶之前，处理温度可以降低至低于准液态金属16的结晶温度。在一些实施方案中，发生大量结晶意味着80％的准液态金属已经结晶。
在一些实施方案中，在准液态金属16内发生大量结晶之前，处理温度可以降低至低于准液态金属16的玻璃转化温度。
在一些实施方案中，金属玻璃130的玻璃化转变温度低于待焊接组件的最低熔点的90％。
在一些实施方案中，通过添加金属玻璃的界面无定形化可以用以产生长搭接接头或长对接接头。
在一些实施方案中，加热和压缩可以通过集成工具132局部施用(图18和图19)。在一些实施方案中，加热和压缩可以通过单独工具134、136局部施用(图20)。在一些实施方案中，可以从焊接开始至结束依次施用局部加热和/或压缩压力。
在一些实施方案中，用于在异种材料组件之间产生焊缝的工具和方法可以通过以下步骤实现：
a.提供旋转工具110，该旋转工具包括至少一个肩部112、邻近肩部112的至少一个探针构件114、以及从探针构件114延伸的至少一个定位支柱120，其中定位支柱120的整个末端表面(overall terminal end surface)小于探针构件114端表面的60％；
b.将旋转探针构件114穿透至第一组件10中并保持定位支柱120与第二组件12的表面接触而没有明显穿透；
c.探针构件114与第二组件12的密合面之间的距离足够接近、以在第一组件10与第二组件12的界面处产生快速摩擦力；
d.快速摩擦力可以足够高、以在第一组分10和第二组分12的界面处产生准液态金属16；以及
e.在异种金属界面14处形成足够的准液态金属16之后、且在准液态金属16内发生大量结晶之前，可以终止快速摩擦力，并且可以将处理温度降低至低于准液态金属16的结晶温度的温度。
为了说明和描述的目的，已经提供了实施方案的前述描述。前述描述并不旨在穷举或限制本公开。特定实施方案的各个要素或特征通常不限于特定实施方案，而是在适用的情况下是可互换的，并且即使未具体示出或描述，也可以在所选择的实施方案中使用。同样也可以以许多方式变化。这样的变体不应被认为是脱离本公开的，并且所有这样的修改旨在包括在本公开的范围内。
Claims (19)
1.一种接合第一组件和第二组件的方法，所述第一组件和所述第二组件由异种金属制成，所述第一组件具有比所述第二组件更低的熔化温度，所述方法包括：
在所述第一组件与所述第二组件之间施用快速摩擦力，所述快速摩擦力在所述第一组件与所述第二组件之间的异种金属界面处、生成准液态金属的层、且在所述准液态金属内产生剪切局部化；以及
在生成所述准液态金属之后、且在所述准液态金属内发生大量结晶之前，终止快速摩擦力的施用并将所述准液态金属的处理温度降低至低于所述准液态金属的结晶温度，从而接合所述第一组件和所述第二组件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述在所述第一组件与所述第二组件之间施用快速摩擦力包括：
将具有至少一个肩部和至少一个旋转探针部的旋转工具插入到所述第一组件中，所述第一组件具有比所述第二组件更低的熔点，所述旋转探针部与所述第二组件的密合面间隔开；以及
旋转所述旋转工具，从而在所述第二组件、与在所述异种金属界面处围绕所述至少一个旋转探针部旋转的所述第一组件的材料之间产生所述快速摩擦力，所述摩擦力足以在所述异种金属界面处生成所述准液态金属的所述层。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述旋转工具包括摩擦力增强表面特征。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述旋转工具的远端表面是凹的。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述旋转工具的远端表面是平坦的。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二组件的密合面包括槽。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述在所述第一组件与所述第二组件之间施用快速摩擦力包括：
提供旋转工具，所述旋转工具具有至少一个肩部、靠近所述肩部的一个旋转探针部、以及从所述探针部延伸的至少一个定位支柱；以及
将所述旋转探针部放置到所述第一组件中并保持所述定位支柱与所述第二组件的表面接触，所述旋转探针部与所述第二组件的表面之间的距离足以在所述第二组件、与在异种金属界面处围绕所述旋转探针部旋转的所述第一组件的材料之间产生所述快速摩擦力，所述快速摩擦力足以在所述异种金属界面处产生准液态金属。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述旋转工具包括摩擦力增强特征。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，从所述探针部延伸的所述至少一个定位支柱包括整体末端表面，所述至少一个定位支柱的所述整体末端表面小于所述探针部的整体端表面的60％。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，从所述探针部延伸的所述至少一个定位支柱包括从所述探针部的远端表面延伸的至少一个定位支柱。
11.根据权利要求7所述的方法，其中，从所述探针部延伸的所述至少一个定位支柱包括环样形状且从所述探针部的侧表面延伸的至少一个定位支柱。
12.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括在所述施用快速摩擦力之前、使所述第二组件的密合面平坦化。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述使所述密合面平坦化包括将所述密合面的粗糙度减小至小于Ra 1μm。
14.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括在所述施用快速摩擦力之前、将所述第二组件的密合面上的表面氧化的平均厚度减小至小于5nm。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述减小所述表面氧化的所述平均厚度包括将所述表面氧化的所述平均厚度减小至小于2nm。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述准液态金属内的所述大量结晶包括已经在无定形金属内结晶的、80％的所述准液态金属。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述在所述第一组件与所述第二组件之间施用快速摩擦力包括在压缩压力下通过所述第一组件与所述第二组件的相对运动来施用高速摩擦力。
18.一种接合第一组件和第二组件的方法，所述第一组件和所述第二组件由异种金属制成，所述方法包括：
在结合界面处的所述第一组件和所述第二组件的至少一部分之间施用无定形金属；
至少将所述无定形金属加热至所述无定形金属的玻璃化转变温度(Tg)与所包括的所述组件的最低熔化温度之间的温度；
施用压缩压力、以使所述无定形金属变形；以及
在80％的准液态金属已经在所述无定形金属内结晶之前，将处理温度降低至低于所施用的所述无定形金属的结晶温度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述无定形金属的玻璃化转变温度低于所述第一组件和所述第二组件的最低熔点的90％。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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